EE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Konu "Artificial lighting" ile EE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeLed Işık Kaynaklı Armatür Isıl Modellenmesi Ve Isıl Tasarımı Etkileyen Faktörlerin İstatistiksel Analizi(Enerji Enstitüsü, 2017-06-09) Yurtseven, Mustafa Berker ; Onaygil, Sermin ; 301062006 ; Enerji Bilim Ve Teknoloji ; Energy Sciences and TechnologiesTüketilen toplam elektrik enerjisi içinde yaklaşık %20 gibi önemli bir paya sahip aydınlatma tesisatlarında gerçekleştirilebilecek tasarruf önlemleri "enerji verimliliği" çalışmalarında üzerinde önemle durulan konular arasındadır. Bu kapsamda, az enerji harcayarak çok ışık üretebilen LED (light emitting diode - ışık yayan diyot) teknolojisi, etkinlik faktörlerinin (lm/W) yüksek olmasının yanı sıra, renksel geriverimlerinin iyileşmesi, farklı renk seçenekleri ve uzun ömürleri gibi özellikleri ön plana çıkarılarak, iç ve dış tesisatlarda genel aydınlatma amaçlı kullanılmaya başlanmıştır. Diğer yandan yarı iletken teknolojisinde yaşanılan hızlı gelişmeler sonucunda, LED'lerin etkinlik faktörleri sürekli artmaktadır. Ancak, açıklanan etkinlik faktörü değerleri, LED çiplerinin laboratuvar ortamlarındaki anlık çalışma koşulları için geçerlidir. LED'lerin ışık akıları ve ömürlerinin sıcaklık değişimlerinden, konvansiyonel ışık kaynaklarına oranla daha fazla etkilendiği bilinmektedir. Optimum çalışma sıcaklıkları aşıldığında, LED'lerin bozulma, devre dışı kalma oranları da yükselmekte, ışık akıları düşmekte ve renk özellikleri bozulmaktadır. Sonuç olarak, LED ışık kaynakları için açıklanan yüksek etkinlik faktörleri (lm/W) armatür formunda azalmaktadır. Piyasada bir çok LED ışık kaynağı kullanan aydınlatma armatürü bulunmaktadır. Bu armatürler hakkında üretici tarafından yeterli bilgi sağlanamaması, armatürlerin performanslarının yeterli olmaması ve bu konudaki standartların eksikliği nedeniyle, LED'lerin kullanıldığı aydınlatma tesisatları, konvansiyonel ışık kaynaklı olanlara göre iddia edildiği gibi üstün konuma gelememektedir. Fotometrik özelliklerinin belirlenmesinde de sorunlar olan LED'lerin, mevcut iç/dış aydınlatma tesisatlarında kullanılabilmeleri için, öncelikle armatür formunda aydınlatma standartlarında belirtilen aydınlık düzeyi, parıltı, düzgünlük ve kamaşma sınırlandırılması gibi minimum aydınlatma gereksinimlerini yerine getirmeleri gerekmektedir. Tüm aydınlatma armatürlerinde olduğu gibi LED'li armatürlerde de optik analizler, aydınlatma kalite kriterlerini sağlama bakımından tasarımın en önemli bölümüdür. Ancak, LED'li armatürlerde ışık kaynağının verimi sıcaklığa bağlı olduğu için, ısıl analizler de ön plana çıkmaktadır. Isıl analizler LED çipin monte edildiği baskı devre kartı (BD) ile çevresindeki soğutma elemanları ve armatür gövdesi olmak üzere iki aşamalıdır. LED tarafından üretilen ısının baskı devresi ile soğutma elemanlarından geçerek armatür gövdesi içine aktarımında ve gövde içindeki ısının da dış ortama geçişinde ısıl direncin minimum olması için, soğutucu aksamın tasarlanması gerekmektedir. Özellikle yüksek güçlü LED'lerin kullanıldığı armatürlerde verim, ısıl tasarım ile doğrudan ilişkilidir. LED armatür tasarımında ilk adım kullanılacak LED çipinin iyi analiz edilmesi olmalıdır. LED çiplerin optik-ısıl-elektriksel karakterizasyonu, tasarım aşamasından önce yapılmalı ve tasarım hedefleri buna göre belirlenmelidir. LED çipinin sıcaklığa bağlı olarak verdiği ışık miktarı, verimi, renk değişimi, optik ve ısıl güçlerinin ayrıştırılması ve çektiği gücün hesaplanması sıcaklık kontrollü ölçüm sistemleri yardımı ile belirlenmelidir. Özellikle LED çipin bilgisayar ortamında ısıl olarak simüle edilebilmesi için ısıl güç değerlerine ihtiyaç vardır. Bunun yanında armatürün etkinlik faktörünün belirlenmesi için de, LED çipin çalışacağı sıcaklıkta harcayacağı elektriksel gücün ve yayacağı ışık akısının bilinmesi gerekmektedir. LED çip karakterize edildikten sonra armatür tasarımı için kullanılacak malzemelerin termofiziksel özelliklerinin bilinmesi veya laboratuvar ortamında ölçülmesi gereklidir. Bir LED armatürü oluşturan LED çip, gövde (gövde malzemesi), baskı devre (BD) kartı, ısıl arabirim malzemesi gibi elemanların termofiziksel özelliklerinin biliniyor olması, simülasyon sonuçlarından uygulamaya geçişte daha doğru sonuçların alınmasını kolaylaştıracaktır. Sonuç olarak, LED'li armatürlerin aydınlatma için gerekli kriterleri sağlayacak optimum performansta çalışabilmeleri için, armatür tipine uygun optik analizlerin yapılması ve istenilen yeterli soğutma çözümlerine ulaşılması gerekmektedir. Bu tezde öncelikle LED ışık kaynaklarının özelliklerinin sıcaklık ile değişimi incelenmiş, armatür tasarım süreci hakkında bilgi verilmiş ve LED çiplerinin ısıl simülasyonlarında kullanılabilmesi için gerekli ısıl modellerin doğrulanması yapılarak bilgisayar destekli simülasyon süreci açıklanmıştır. Daha sonra LED armatür ısıl tasarımına etki eden gövde malzemesi ve yapısı, baskı devre kartı malzemeleri ve fiziksel özellikleri, ısıl arabirim elemanları, LED ısıl güçleri ve ortam sıcaklığı gibi faktörlerin etkilerinin anlaşılabilmesi için örnek bir yol aydınlatması armatürü üzerinde tam faktöriyel bir deney tasarımı yapılarak istatistiksel analiz gerçekleştirilmiş ve faktörlerin karşılıklı etkileşimleri incelenmiştir. Tez süresince yapılan simülasyon sayısının artması ve bir çok faktör seviyesi ile simülasyonların gerçekleştirilmesi sebebiyle, ikinci bir adım olarak, simülasyon sonuçlarına çok değişkenli doğrusal regresyon uygulanmış; faktör etkileri ve faktörlerin karşılıklı etkileri farklılık analizi (ANOVA – Analysis of Variance) ile istatistiksel olarak hesaplanmıştır. Bu yöntemle LED armatür ısıl tasarımına etki eden faktörlerin etkileri açıklanmış ve örnek bir LED armatür üzerinde ısıl simülasyonlar ve istatistiksel analizler gerçekleştirilerek özellikle LED armatür üreticilerine ve tasarımcılarına, LED armatür ısıl tasarım süreci hakkında yol gösterici bilgiler oluşturulması hedeflenmiştir.